探究加速度与力、质量的关系.ppt

,实验原理及误差分析 【典例1】(2010山东高考) 某同学设计了如图所示的装 置来探究加速度与力的关系. 弹簧测力计固定在一合适的 木板上，桌面的右边缘固定 一支表面光滑的铅笔以代替 定滑轮，细绳的两端分别与 弹簧测力计的挂钩和矿泉水,瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.,(1)木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)_. (2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系.如图所示图像能表示该同学实验结果的是_ _ .,(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_. a.可以改变滑动摩擦力的大小 b.可以更方便地获取多组实验数据 c.可以比较精确地测出摩擦力的大小 d.可以获得更大的加速度以提高实验精度,【标准解答】(1)木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的 匀加速直线运动，由d= 可知：a= 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变，重复实验多次测量d、t取平均值.,(2)该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木板的质量M远大于矿泉水瓶的质量m，此时可认为绳上的拉力近似等于弹簧测力计示数F1.本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意可知受到的摩擦力为F0，木板受到的合外力为(F1- F0).图像反映的是a与F1的关系，而不是a与(F1- F0)的关系，所以图像不过原点.当F1增大时，即矿泉水瓶的质量m增大时，实验的前提条件不再满足，此时a越大，绳上的拉力就越小于弹簧测力计示数F1，加速度增加得就越慢，图线向下弯曲，c正确.,(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小，b、c说法是正确的；两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小，a错误；通过(2)中分析可以知道当加速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，d说法错误. 答案：(1)2 d/t2 保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值 (2)c (3)b、c,实验数据处理 【典例2】(2011巢湖高一检测)在做“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示,(1)根据表中的数据在坐标系上作出a-F图像； (2)图像斜率的物理意义是_. (3)小车和砝码的总质量为_kg. (4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是_ _.,【标准解答】(1)根据所给数据 在所给坐标系中准确描点，作 出的a-F图像如图所示. (2)根据(1)中图像可知，保持 小车和砝码的总质量不变，小 车的加速度a和拉力F成正比； 若保持力F不变，改变小车和 砝码的总质量，通过实验探究可知小车的加速度a与小车和砝码的总质量成反比；因此可以判断(1)中图像斜率表示小车和砝码总质量的倒数.,(3)由(1)中图像可得： = 解得M=1 kg. (4)由a-F图像可知,当力F=0.1 N时,小车开始运动,说明此时小车受到的阻力为0.1 N. 答案：(1)见标准解答 (2)小车和砝码总质量的倒数 (3)1 (4)小车受到的阻力为0.1 N,1. 在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是( ) A.平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C.实验时，先放开小车，后接通电源 D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响,【解析】选B.平衡摩擦力时，不可把重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力,在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点间距均匀为止,设木板的倾角为，则平衡摩擦力后有mg sin = mg cos ，即 = arctan ，与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力,A错误，B正确；实验时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车,C错误；实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力，D错误.,2.(2011汕头高一检测)在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a-F图像，如图a、b中的A、B线所示，试分析： (1)A线不通过坐标原点的原因是 _ ； (2)B线不通过坐标原点的原因是 _ .,【解析】(1)A线在F轴上有一定的截距，表明F达到一定的值后小车才开始有加速度，这是由没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足引起的. (2)B线在a轴上有一定的截距，表明F为零即不加F时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角太大，即平衡摩擦力过度引起的. 答案：(1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 (2)平衡摩擦力过度,3.(2011广州高一检测)探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下： (1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持_不变，改变施加在物体上的水平拉力F，测出相对应的加速度a. (2)在探究物体的加速度与物体质量的关系时，应保持_不变，改变物体的质量m，测出相对应的加速度a. (3)如果 a- 图像是通过坐标原点的一条直线，则说明_ _.,A.物体的加速度a与其质量m成正比 B.物体的加速度a与其质量m成反比 C.物体的质量m与其加速度a成反比 D.物体的质量m与其加速度a成反比,【解析】探究物体的加速度与力、质量的关系时利用控制变量法. (1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持质量不变，改变施加在物体上的水平拉力F，测出相对应的加速度a. (2)在探究物体的加速度与物体的质量的关系时，应保持力不变，改变物体的质量m，测出相对应的加速度a. (3)数据处理时应画出a-F和a- 图像得出物体的加速度与力、质量的关系，如果a- 图像是通过坐标原点的一条直线，则说明物体的加速度a与其质量m成反比，B正确. 答案：(1)质量 (2)力 (3)B,4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了如图所示的两个实验图像a、b，描述加速度与质量关系的图线是_，描述加速度与力的关系的图线是_.,【解析】a图中的图像为经过原点的倾斜直线，表明加速度a与横坐标轴所表示的物理量成正比，即a图描述了加速度与力的关系.b图为双曲线的一支，表明加速度与横坐标轴所表示的物理量成反比，故b图描述了加速度与质量的关系. 答案：b a,5.(2010江苏高考)为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示).实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力.,(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点. (2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如表：,请根据实验数据作出小车的v-t图像.,(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图像简要阐述理由.,【解析】(1)进行本实验时，要求释放小车